Cours 1 - Principes de thermodynamique

Question 1

Qu’est-ce que le métabolisme?

Answer 1

C’est l’ensemble des réactions biochimiques (anaboliques et cataboliques) qui permettent la gestion des ressources énergétiques et matérielles en évitant carences et excès.

Question 2

Pourquoi étudier la thermodynamique dans une optique de biochimie métabolique?

Answer 2

Parce que l’énergie joue un rôle fondamental dans les processus métabolique

Question 3

Quelles sont les deux grandes formes d’énergie?

Answer 3

Potentielle et cinétique

Question 4

Définir l’énergie potentielle

Answer 4

C’est l’énergie emmagasinée ou de réserve dans un objet.
- En biochimie c’est l’énergie chimique entreposée dans les liens. Certains liens sont sont plus énergétiques que d’autres.

Question 5

Définir l’énergie cinétique

Answer 5

C’est l’énergie du mouvement et donc la transformation de l’énergie potentielle.

Question 6

3 types d’énergie principales en sciences

Answer 6

• Énergie thermique : mouvement des molécules
• L’énergie radiante : photons
• Énergie électrique : particules chargées

Question 7

Qu’est-ce que la thermodynamique ?

Answer 7

C’est l’étude des transformations de l’énergie (cal) d’une forme à une autre

Question 8

Quels sont les deux principes auxquels la thermodynamique obéit?

Answer 8

• L’énergie peut être transférée, transformée, mais jamais créée ni détruite
• À chaque transfert ou transformation énergétique, une certaine quantité d’énergie devient inutilisable (ex: chaleur)

Question 9

Que sous-entend le transfert ou la transformation d’énergie?

Answer 9

Qu’on passe de haute vers basse énergie et que l’énergie «perdue» augmente le désordre de l’univers (entropie - S)

Question 10

Comment un processus peut-il se produire de façon spontanée selon les lois de la thermodynamique?

Answer 10

Ultimement, pour ne pas consommer d’énergie, le processus pour augmenter l’entropie et donc le désordre

Question 11

Une réaction spontanée est-elle gage de réaction instantanée?

Answer 11

Non, une réaction chimique spontanée indique quelle peut s’opérer sans apport énergétique, mais ça ne donne aucune information sur la vitesse de la réaction qui est davantage influencée par :
- la barrière d’énergie d’activation
- [réactifs]
- Tº
- Présence d’un catalyseur

Question 12

Qu’est-ce que l’énergie libre (G) ?

Answer 12

C’est la portion de l’énergie qui peut produire du travail ou encore l’énergie disponible pour faire fonctionner une réaction

Question 13

Comment calculer l’énergie libre (G)?

Answer 13

G = H - TS
H : enthalpie (énergie totale des liaisons)
T : Tº en K
S : entropie (désordre ou ce qui est non-utilisable)

Question 14

Comment peut-on prédire le sens d’une réaction?

Answer 14

En notant la valeur de ∆G, donc la mesure de la variation de l’énergie libre à savoir s’il est négatif ou positif

Question 15

Comment calculer ∆G? (l’écrire)

Answer 15

∆G = ∆H - T∆S

où ∆H = ((HC + HD) – (HA + HB))

A + B <-> C + D

Question 16

Que se passe t-il si ∆G est négatif?

Answer 16

La réaction est thermodynamiquement favorable, elle se produira librement.
- Il va y avoir dégagement de chaleur (exothermique), car elle produite de l’énergie libre pour faire un travail
- Les produits vont contenir moins d’énergie de liaison que les réactifs qui seront moins stables

Question 17

Si ∆G est très négatif, la réaction est-elle plus rapide?

Answer 17

Non, cela indique uniquement qu’elle sera davantage favorable.

Question 18

Quelle est la valeur de ∆G si la réaction est à l’équilibre?

Answer 18

Sera égal à zéro

Question 19

Que représente ∆Gº ’ ?

Answer 19

C’est la variation de l’énergie libre standard, c’est à dire, dans des conditions dites standard (25ºC, [réactifs = 1M], pH = 7)

Question 20

Est-ce que ∆Gº ’ est une valeur qu’on peut utiliser pour considérer l’énergie libre d’une réaction?

Answer 20

Non, puisque la plupart des réactions ne se réalisent pas dans ces conditions, cette valeur ne peut pas indiquer si la réaction se déroule librement

Question 21

Comment corriger la valeur de ∆Gº’ en ∆G?

Answer 21

Avec un facteur de correction qui prend en compte la concentration réelle des produits et de réactifs.

∆G0’ + 2,303 RT log [produits]/[réactifs]

où R =constante des gaz
T = température en Kelvin

Question 22

À quoi sert ∆Gº’ ?

Answer 22

Peut servir de point de référence pour comparer des réactions

Question 23

Quelle est la valeur du facteur de correction?

Answer 23

Le facteur de correction est négatif (s’il y a plus de réactifs que de produits) en raison du log, le ∆G sera donc plus négatif que le ∆Gº’ en conditions standard.

Question 24

Est-il possible qu’un ∆G0’ soit positif et qu’un ∆G soit négatif?

Answer 24

Oui, il est tout à fait possible qu’une réaction ait un + ∆Gº’, mais un -∆G dans les conditions réelles. Cela dépend des concentrations des réactifs et des produits dans le système.

Question 25

Comment calculer facilement ∆Gº‘?

Answer 25

L’équilibre chimique est atteint quand les concentrations de réactifs et de produits ne changent plus, à ce moment ∆G=0, on peut donc faire le calcul avec la constante d’équilibre (Keq)

Question 26

Qu’est-ce que peut indiquer la Keq?

Answer 26

Si elle est > 1, le log aura une valeur positive et le ∆Gº’ sera négatif, indiquant que la réaction va vers la droite (réactifs -> produits)

Question 27

Qu’arrive t-il lorsque ∆G est positif?

Answer 27

La réaction se déroule en sens inverse (réactifs <- produits)

Question 28

Pourquoi l’atteinte de l’équilibre métabolique (Keq = 1) est fatale pour une cellule?

Answer 28

Parce que les voies métaboliques sont maintenues par un équilibre dynamique, s’il n’y a pas de déséquilibre le système ne peut pas s’immobiliser, et donc stopper son fonctionnement.

Les accumulations de produits dans les voies métaboliques permettent de stimuler de nouvelles voies pour régénérer la première.

Question 29

Comment les voies métaboliques pallient-elles au fait que de nombreuses réactions cellulaires sont énergétiquement défavorables (+ ∆G) ?

Answer 29

En couplant ces réactions de synthèse avec d’autres réactions dont le ∆G est très négatif, il y a donc une addition dans l’énergie disponible dans les deux réactions.

Question 30

Quelle est la molécule de choix pour coupler des réactions métaboliques défavorables?

Answer 30

• L’ATP par la dégradation de son 3e et dernier lien phospho-anhydride

Question 31

Pourquoi l’ATP est-elle considérée comme monnaie énergétique chez les cellules?

Answer 31

Par son couplage elle permet une quantité impressionnante de réactions métaboliques essentielles

Question 32

Quelle sont les différences dans l’utilisation de l’ATP chez les phototrophes VS les hétérotrophes?

Answer 32

• Phototrophes : E lumineuse devient E chimique par l’apport d’ATP, transporte l’E de la photosynthèse
• Hétérotrophes : catabolisme libère de l’énergie qui est captée puis transformée en ATP

Question 33

Comment se comporte l’ATP dans le corps?

Answer 33

Utilisé et recyclé constamment dans le système, il est non enmagasinable pour des raisons physiques (64kg/jour) et chimique (changement osmolarité pouvant occasionner éclatement cellules

Question 34

Quels sont les éléments structurels de l’ATP?

Answer 34

Adénine, ribose lie par phosphodiester à 3 groupements phosphates renfermants 2 liens phospho-anhydride qui sont hautement énergétique, surtout le 2e.

Question 35

Comment se comporte l’ATP à pH neutre?

Answer 35

Elle sera très chargée et propice à libérer le 3e groupement phosphate pour diminuer l’effet de répulsion des charges permettant la libération de beaucoup d’énergie

Question 36

Quels sont les deux autres composés présentés avec des liens à haute énergie?

Answer 36

• Phosphocréatine
• Coenzyme A

Question 37

Qu’est-ce qui fait que la phosphocréatine est un composé ayant des liens de haute énergie?

Answer 37

C’est un réservoir d’énergie permettant la formation de nouvelles molécules d’ATP lors d’une période d’exercice

Question 38

Qu’est-ce qui fait que la coenzyme A est un composé ayant des liens de haute énergie?

Answer 38

Le groupement thiol qui est très réactif, son hydrolyse est favorable et permet de transférer des groupements acétyles dans le cycle du citrate

Question 39

Qu’est ce que l’anabolisme?

Answer 39

L’ensemble des réactions chimiques qui permettent à un organisme de synthétiser des molécules complexes à partir de molécules simples dans les voies métaboliques (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques)
- Nécessite de l’énergie
- Perment stockage et croissancce

Question 40

Qu’est-ce que le catabolisme?

Answer 40

L’ensemble de réactions de dégradation de molécules
- Libère de l’ATP
- Permet la production d’énergie utilisable